РНасибулин

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального
образования «Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова»
Колледж педагогического образования, информатики и права
ПЦК естественнонаучных дисциплин и математика
РЕФЕРАТ
на тему:
Изучение сигнализатора неисправности кулера с помощью
прикладных программ.
Автор реферата:
_______________
Насибулин Д.Р.
(подпись)
(инициалы, фамилия)
Специальность: 230113 «компьютерные системы и комплексы»
Курс: _________________________________________________________________
Группа: _______________________________________________________________
Зачет/незачет:__________________________________________________________
Руководитель:
______________
(подпись, дата)
г. Абакан, 2013г.
Замаруев М.В.
(инициалы, фамилия)
Содержание
ВВЕДЕНИЕ ........................................................................................................................... 3
1. Описание устройства ...................................................................................................... 4
2. Выбор необходимой элементной базы ......................................................................... 5
3. Разработка электрической схемы устройства в P-CAD .............................................. 9
4. Разработка печатной платы в P-CAD............................................................................ 10
Заключение ........................................................................................................................... 11
Список литературы .............................................................................................................. 12
3
Введение:
Увеличение количества радиоэлементов на микросхемах настольных ПК, а
также увеличение транзисторов в интегральных схемах микрочипов и других
элементов
на
печатных
платах
связано
с
повышением
требований
к
вычислительным мощностям компьютеров, т.к. на них возлагаются всё более
сложные задачи. Это привело к повышению тепловыделения. Чтобы улучшить
отвод тепла, выделяемого радиоэлементами в радиоаппаратуре и компьютерах,
нередко используют принудительную вентиляцию. Однако ее отказ опасен
перегревом и выходом из строя всего устройства. Предлагаемый сигнализатор
позволит вовремя узнать об остановке вентилятора.
Цель:
Целью работы является самостоятельное углубление знаний и закрепление
навыков и умений, связанных с процессом разработки практических конструкций
средств вычислительной техники.
Задачи исследования:
1. Узнать область назначения и применения сенсорного выключателя.
2. Определить виды сенсорного выключателя.
3. Изучить принцип работы сенсорного выключателя.
4. Сделать выводы о проделанной работе.
4
1. Описание устройства:
Устройство предназначено для подачи звукового сигнала при остановке
вентилятора,
охлаждающего
центральный
процессор
ПК
Сигнализатор
включается в разрыв кабеля питания кулера, размеры печатной платы 40x32.5 мм
(умещается в спичечном коробке).
Работа устройства основана на особенности формы потребляемого кулером
тока. С резистора R1 снимается напряжение, пропорциональное току через кулер,
с амплитудой импульсов около 2В. Фильтр C1R2 подавляет постоянную
составляющую сигнала, чтобы в отсутствие импульсов транзистор VT1 был
полностью закрыт. Каждый импульс тока (один оборот кулера) на короткое время
открывает транзистор VT1, разряжая конденсатор C2. После окончания импульса
транзистор закрывается, конденсатор C2 начинает постепенно заряжаться через
R4, но при нормальной работе кулера к моменту прихода следующего импульса
он успевает зарядиться незначительно, на входе 9 DD1 постоянно присутствует
низкий уровень. При обрыве, заклинивании или замыкании кулера импульсы тока
прекращают поступать на вход сигнализатора, транзистор VT1 постоянно закрыт,
и конденсатор C2 заряжается (сопротивление резистора R4 подбирается так,
чтобы установившееся напряжение на C2 уверенно распознавалось микросхемой
как высокий уровень). Высокий уровень на входе 9 DD1 разрешает работу
генератора, собранного на вентилях DD1.1-DD1.4 и формирующего прерывистый
звуковой сигнал. Частота звука зависит от C4 и R6 (номиналы соответствуют
приблизительно 2 кГц), частота прерывания звука - с помощью C3 и R5 (9-10 Гц).
5
2. Выбор необходимой элементной базы:
Для реализации курсовой работы мной будет использована следующая
элементная база:
Элементная база
Количество
элементов (шт.)
Микросхема
1
Резисторы
6
Транзистор
1
Конденсаторы
4
Микросхема.
Интегральная микросхема - тонкая пластинка, отколотая, отсечённая от
чего-либо- первоначально термин относился к пластинке кристалла микросхемы.
Микроэлектронное устройство это электронная схема произвольной сложности,
изготовленная на полупроводниковом кристалле или плёнке и помещённая в
неразборный корпус.
При использовании микросхем следует помнить, что защита входов
микросхем диодами от статического электричества не является полной. Поэтому
при монтаже устройств с микросхемами КМОП необходимо соблюдать
следующие правила. Для исключения случайного пробоя за счет статического
электричества потенциалы монтируемой платы, паяльника и тела монтажника
должны быть уравнены. Для этого на ручку паяльника можно намотать несколько
витков неизолированного провода или укрепить металлическую пластинку и
соединить через резистор 100...200 кОм с металлическими частями паяльника.
Конечно, обмотка паяльника не должна иметь контакта с его жалом. При монтаже
свободной рукой следует касаться шин питания монтируемой платы. Если
микросхема находится в металлической коробке или ее выводы упакованы в
фольгу, прежде чем взять микросхему, следует дотронуться до коробки или
6
фольги. При передаче микросхемы из рук в руки следует уравнять потенциалы
участвующих в этом, дотронувшись друг до друга до момента передачи.
Резисторы.
Резистор —
пассивный
элемент
электрической
цепи,
в
идеале
характеризуемый только сопротивлением электрическому току, то есть для
идеального резистора в любой момент времени должен выполняться закон Ома:
мгновенное
значение
напряжения
на
резисторе
пропорционально
току
проходящему через него. На практике же резисторы в той или иной степени
обладают
также
паразитной
ёмкостью,
паразитной
индуктивностью
и
нелинейностью вольтамперной характеристики.
Классификация резисторов:
По зависимости ВАХ от внешних условий:
1. постоянные резисторы — номинал сопротивления не управляется;
2. переменные управляемые резисторы:
2.1 потенциометры;
2.2 реостаты;
2.3 подстроечные резисторы;
3. специальные резисторы:
3.1 нелинейные — ВАХ не линейна;
3.2 терморезисторы — сопротивление зависит от температуры;
3.3 фоторезисторы — сопротивление зависит от освещённости;
3.4 тензорезисторы — сопротивление зависит от деформации резистор;,
3.5 магниторезисторы — сопротивление зависит от величины магнитного
поля;
Транзистор.
Транзистор электронный прибор из полупроводникового материала, обычно
с тремя выводами, позволяющий входным сигналам управлять током в
7
электрической цепи. Обычно используется для усиления, генерирования и
преобразования электрических сигналов.
Управление током в выходной цепи осуществляется за счёт изменения
входного напряжения или тока. Небольшое изменение входных величин может
приводить к существенно большему изменению выходного напряжения и тока.
Это усилительное свойство транзисторов используется в аналоговой технике
(аналоговые ТВ, радио, связь и т. п.).
Помимо основного полупроводникового материала, применяемого обычно в
виде монокристалла, транзистор содержит в своей конструкции легирующие
добавки к основному материалу, металл выводов, изолирующие элементы, части
корпуса
(пластиковые
или
керамические).
Иногда
употребляются
комбинированные наименования, частично описывающие материалы конкретной
разновидности
(например,
«кремний
на
сапфире»
или
«Металл-окисел-
полупроводник»). Однако основными являются транзисторы:
 Германиевые
 Кремниевые
 Арсенид-галлиевые
Другие материалы транзисторов до недавнего времени не использовались. В
настоящее время имеются транзисторы на основе, например, прозрачных
полупроводников для использования в матрицах дисплеев. Перспективный
материал для транзисторов — полупроводниковые полимеры.
Конденсатор.
Конденсатор — двухполюсник с определённым значением ёмкости и малой
омической проводимостью. Устройство для накопления энергии электрического
поля. Конденсатор является пассивным электронным компонентом. Обычно
состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками),
разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами
обкладок.
8
Основа конструкции конденсатора — две токопроводящие обкладки, между
которыми находится диэлектрик.
Конденсатор в цепи постоянного тока может проводить ток в момент
включения его в цепь (происходит заряд или перезаряд конденсатора), по
окончании переходного процесса ток через конденсатор не течёт, так как его
обкладки разделены диэлектриком. В цепи же переменного тока он проводит
колебания переменного тока посредством циклической перезарядки конденсатора,
замыкаясь так называемым током смещения.
Классификация конденсаторов
Основная классификация конденсаторов проводится по типу диэлектрика в
конденсаторе. Тип диэлектрика определяет основные электрические параметры
конденсаторов: сопротивление изоляции, стабильность ёмкости, величину потерь
и др.
По виду диэлектрика различают:
- Конденсаторы вакуумные (обкладки без диэлектрика находятся в вакууме).
- Конденсаторы с газообразным диэлектриком.
- Конденсаторы с жидким диэлектриком.
- Конденсаторы с твёрдым неорганическим диэлектриком: стеклянные
(стеклоэмалевые,
стеклокерамические,
стеклоплёночные),
слюдяные,
керамические, тонкослойные из неорганических плёнок.
- Конденсаторы с твёрдым органическим диэлектриком: бумажные,
металлобумажные,
плёночные,
комбинированные
—
бумажноплёночные,
тонкослойные из органических синтетических плёнок.
- Электролитические и оксидно-полупроводниковые конденсаторы. Такие
конденсаторы отличаются от всех прочих типов прежде всего своей огромной
удельной ёмкостью. В качестве диэлектрика используется оксидный слой на
металлическом аноде. Вторая обкладка (катод) — это или электролит (в
электролитических конденсаторах) или слой полупроводника (в оксиднополупроводниковых), нанесённый непосредственно на оксидный слой. Анод
9
изготовляется, в зависимости от типа конденсатора, из алюминиевой, ниобиевой
или танталовой фольги или спеченного порошка.
Керамический подстроечный конденсатор.
Кроме того, конденсаторы различаются по возможности изменения своей
ёмкости:
-
Постоянные конденсаторы — основной класс конденсаторов, не
меняющие своей ёмкости (кроме как в течение срока службы).
-
Переменные конденсаторы — конденсаторы, которые допускают
изменение ёмкости в процессе функционирования аппаратуры. Управление
ёмкостью может осуществляться механически, электрическим напряжением
(вариконды, варикапы) и температурой (термоконденсаторы). Применяются,
например, в радиоприемниках для перестройки частоты резонансного контура.
-
Подстроечные конденсаторы — конденсаторы, ёмкость которых
изменяется при разовой или периодической регулировке и не изменяется в
процессе функционирования аппаратуры. Их используют для подстройки и
выравнивания начальных ёмкостей сопрягаемых контуров, для периодической
подстройки и регулировки цепей схем, где требуется незначительное изменение
ёмкости.
В зависимости от назначения можно условно разделить конденсаторы на
конденсаторы общего и специального назначения. Конденсаторы общего
назначения
аппаратуры.
используются
Традиционно
практически
к
ним
в
большинстве
относят
наиболее
видов
и
классов
распространённые
низковольтные конденсаторы, к которым не предъявляются особые требования.
Все остальные конденсаторы являются специальными. К ним относятся
высоковольтные, импульсные, помехоподавляющие, дозиметрические, пусковые и
другие конденсаторы.
10
3. Разработка электрической схемы устройства в P-CAD:
Описание программы P-CAD:
P-CAD
— система автоматизированного проектирования электроники
(EDA) разработки компании Personal CAD Systems Inc. Предназначена для
проектирования
многослойных
печатных
плат вычислительных
и
радиоэлектронных устройств. В настоящее время в России P-CAD является
наиболее популярной EDA.
В состав P-CAD входят два основных модуля — P-CAD Schematic, P-CAD PCB, и
ряд других вспомогательных программ. P-CAD Schematic и P-CAD PCB —
соответственно графические редакторы принципиальных электрических схем и
печатных плат (ПП).
Разработка электрической схемы устройства в P-CAD:
Электрическая принципиальная схема устройства строится с помощью
Schematic,
которая
входит
в
состав
системы
PCAD.
Необходимо
сконфигурировать шаг сетки через диалоговое меню «Options - Grids» и выставить
необходимый шаг сетки в 2.5 мм. Затем через это же меню зайти в диалоговое
окно Configure и выбрать необходимый размер рабочей области формата
А4(210мм*297мм), а также единицу измерения миллиметры (мм). Затем можно
размещать на рабочем листе библиотечные элементы с помощью инструмента
«Place Part
», и соединять их между собой соединениями, с помощью
инструмента «Place Wire
». После выполнения операций по соединению
элементов и их размещению, можно приступать к созданию списка соединений.
Это делается с помощью меню «Utils - Generate Netist». Список соединений
необходим для создания печатной платы устройства. На этом заканчивается
разработка принципиальной схемы устройства. Принципиальная микросхема
сигнализатора неисправности кулера хранится в файле LaptevAV.sch.
11
4. Разработка печатной платы в P-CAD:
Печатная плата строится в программе PCB, которая входит в состав системы
P-CAD. Необходимо сконфигурировать шаг сетки через диалоговое меню «Options
- Grids» и выставить необходимый шаг сетки в 2.54 мм. Затем через это же меню
зайти в диалоговое окно Configure и выбрать единицу измерения миллиметры
(мм).
Затем
необходимо
загрузить
список
соединений
сгенерированных
программой Schematic. Это делается через меню «Utils – Load Netlist». После
загрузки списка соединений приступаем к размещению элементов, это можно
сделать автоматически через меню «Place - Autoplacement», либо вручную с
помощью курсора мыши. После размещения элементов можно заняться
трассировкой соединений, это можно сделать автоматически через меню «Route Avtorouters», либо вручную с помощью инструмента «Route Manual
». При
трассировке необходимо учитывать на каком слое находятся элементы и их
соединения, а так же соединения недолжны, пересекаться друг с другом.
Элементы могут размещаться только в одном из двух слоев или на обеих сразу,
соединительные линии тоже могут размещаться только на одном из двух слоев
или на обеих сразу. Если используются оба слоя для трассировки, то для их
соединения используются переходные отверстия(инструмент Place Via). Этими
слоями являются верхний (Top) и нижний (Bottom) слои.
12
Заключение:
В данной работе я рассмотрел принцип действия моего устройства, изучил
его
конструкцию,
составил
технологическую
карту,
произвел
выбор
технологического оборудования, которое будет применяется при сборке и
монтаже платы.
13
Список литературы:
1. Попов В.С. Электротехника : учебное пособие / В. С. Попов. - 6-е изд.,
перераб. . - М. : Госэнергоиздат, 1958. - 423 с. - Б. ц.
2. Н.Д. Пасечник. Элементарная электротехника. Киев: Государственное
издательство технической литературы УССР, 1954 год.
3. Белоцерковский Г. Б. «Основы радиотехники в антенны», часть I «Основы
радиотехники», М. «Советское радио». 1969, 432 стр.
4. Лехин С. Н. Схемотехника ЭВМ/С. Н. Лехин. - 2010
5. Курс электротехники и радиотехники [Текст] : учебное пособие : для пед. интов / Н.Н. Малов. - М. : Госфизмат, 1959. - 424 с. - Б. ц.
6. Радиотехника [Текст] : к изучению дисциплины / И. П. Жеребцов. - 4-е изд.,
перераб. и доп. - М. : [б. и.], 1958. - 495 с. - Б. ц.